合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上

第七章工業(yè)用鋼通常所指的鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的總稱，指所有的鐵碳合金。

在工業(yè)用鋼中除鐵、碳之外，還含有其它元素。分常存元素；偶存元素；隱存元素和合金元素。常存元素有錳、硅、硫、磷。偶存元素是由于礦石產(chǎn)地不同（有與鐵共存的共生礦混入）及以廢鋼為原料，在冶煉及工藝操作時(shí)帶入鋼中，如銅、鈦、釩、稀土元素等。隱存元素是指原子半徑較小的非金屬元素，如氧、氫等。合金元素是指為改變成分特別添加的元素，如鉻、鎳、鎢、鉬、釩等。

碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼）是含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金。由于碳鋼具有較好的機(jī)械性能和工藝性能，并且產(chǎn)量大、價(jià)格較低，因此它是機(jī)械工程上應(yīng)用十分廣泛的金屬材料。但碳鋼也有某些不足之處，如淬透性較低、回火抗力較差、屈強(qiáng)比低。碳鋼的強(qiáng)度潛力雖經(jīng)熱處理仍不能充分的發(fā)揮。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，因而發(fā)展了合金鋼。

合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，添加某些合金元素，用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。合金鋼用量雖少，但卻非常重要。合金鋼有較好的性能，但也有不少缺點(diǎn)。最主要的是由于含有合金元素，其生產(chǎn)和加工工藝比碳鋼差，也比較復(fù)雜，價(jià)格也較昂貴。因此，在應(yīng)用碳鋼能夠滿足要求時(shí)，一般不使用合金鋼。

第一節(jié)鋼的分類鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用和研究，可以按照化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和用途對(duì)鋼進(jìn)行分類。

一、按化學(xué)成分分類

按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。

碳素鋼按含碳量多少可分為低碳鋼（C%≤0.25%）、中碳鋼（C%=0.25%～0.60%）和高碳鋼（C%>0.6%）三類。

合金鋼按合金元素的含量又可分為低合金鋼（合金元素總量<5%）、中合金鋼（合金元素總量為5～10%）和高合金鋼（合金元素總量>10%）三類。

合金鋼按合金元素的種類可分為錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、硅錳鋼等。二、按冶金質(zhì)量分類

按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為普通鋼（S%≤0.055%，P%≤0.045%）優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%≤0.040%）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S%≤0.030%，P%≤0.035%）三類。

此外，按冶煉時(shí)脫氧程度，可將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全）和半鎮(zhèn)靜鋼三類。三、按用途分類

按鋼的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼三大類。

結(jié)構(gòu)鋼又分為工程構(gòu)件用鋼和機(jī)器零件用鋼兩部分。工程構(gòu)件用鋼包括建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼、船舶工程用鋼、車輛工程用鋼。機(jī)器用鋼包括調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼、滲碳和滲氮鋼、耐磨鋼等。這類鋼一般屬于低、中碳鋼和低、中合金鋼。

工具鋼分為刃具鋼、量具鋼、模具鋼。主要用于制造各種刃具、模具和量具，這類鋼一般屬于高碳、高合金鋼。

特殊性能鋼分為不銹鋼、耐熱鋼等。這類鋼主要用于各種特殊要求的場(chǎng)合，如化學(xué)工業(yè)用的不銹耐酸鋼、核電站用的耐熱鋼等。四、按金相組織分類

按鋼退火態(tài)的金相組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼三種。

按鋼正火態(tài)的金相組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等四種。

在給鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，往往把成分、質(zhì)量和用途幾種分類方法結(jié)合起來。如碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等五、鋼的發(fā)展趨勢(shì)

目前，鋼的發(fā)展趨勢(shì)有以下特點(diǎn)：

1．新品種不斷增加

為適應(yīng)工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)鋼提出的日益增高的要求，不斷創(chuàng)造出具有某些特殊性能的新鋼種。鋼的種類在不斷地增加。

2．舊鋼種不斷減少

為了生產(chǎn)、管理和使用的方便，目前大量使用的成熟鋼種又在不斷地減少，集中生產(chǎn)使用效果較好的通用性強(qiáng)的少數(shù)品種。

3．舊的生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，鋼的性能不斷提高

在發(fā)展新鋼種的同時(shí)，集中力量改進(jìn)鋼的生產(chǎn)工藝，提高現(xiàn)有鋼種的質(zhì)量。例如，在鋼的冶煉上采用真空冶煉，電渣重熔或真空去氣等技術(shù)，大大減少鋼中的有害雜質(zhì)和氣體，提高鋼的性能。因此對(duì)于同一種鋼，由于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，性能也不斷在提高。

4．鋼的純凈度越來越高

為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)鋼材性能的要求，發(fā)展出了高純凈度鋼。其基本特點(diǎn)是高純凈度，硫、磷含量極低，已經(jīng)達(dá)到百萬分之一數(shù)量級(jí)。超純凈鋼晶粒非常細(xì)小，無應(yīng)變時(shí)效，成形性能極佳，被稱為新一代超級(jí)鋼。

第二節(jié)鋼中的常存元素、隱存元素及合金元素對(duì)鋼性能的影響一、常存元素、隱存元素在鋼中的作用

1．常存元素在鋼中的作用

鋼中的常存元素錳、硅、硫、磷是煉鐵、煉鋼過程中，由于礦石和焦炭含雜質(zhì)以及脫氧等原因而帶入，對(duì)鋼的性能有一定的影響。常見的常存元素有硅、錳、硫、磷四種。

一般認(rèn)為錳（0.5～0.8%）和硅（0.17～0.37%）是有益元素，它們能溶于鐵素體中，具有固溶強(qiáng)化效果，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。錳還能與硫化合成MnS，減輕了硫的有害作用。另外，錳具有一定的脫氧能力，使鋼中的FeO還原，降低了鋼的脆性。硫和磷是鋼中的有害雜質(zhì)。硫在鋼中以FeS的形式存在，使鋼變脆，尤其是FeS和Fe能形成低溶點(diǎn)（985°C）的共晶體（FeS+Fe），當(dāng)鋼在1000~1200°C進(jìn)行軋制時(shí)，分布在奧氏體晶界上的共晶體（FeS+Fe）處于溶化狀態(tài)而使鋼材被軋裂，這種現(xiàn)象稱為鋼的“熱脆性”。磷使鋼脆化，降低鋼的塑性和韌性，產(chǎn)生“冷脆性”，使鋼的冷加工性能和焊接性能變壞。磷不僅降低塑性，同時(shí)還提高鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度，給鋼材在低溫下使用造成潛在的威脅。

但硫和磷有時(shí)也有有利的一面。例如MnS對(duì)斷屑有利，而且起潤滑作用，降低刀具磨損，所以在自動(dòng)切削車床上用的易切削鋼，其硫含量高達(dá)0.15%，用以改善鋼的切削加工性，提高加工光潔度。在炮彈鋼中，含磷量高，其目的在于提高鋼的脆性，增加彈片的碎化程度，提高炮彈的殺傷力。2．隱存元素在鋼中的作用

當(dāng)?shù)?、氧、氫等隱存元素溶入鋼中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的危害。比如鋼中溶入過量的氮時(shí)，則會(huì)使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性指標(biāo)下降，產(chǎn)生“時(shí)效脆化”。而在煉鋼過程中形成的FeO

、AI2O3、SiO2、MnO

等，在鋼中成為非金屬夾雜物，使鋼的性能變壞。氫常以原子態(tài)或分子態(tài)存于鋼中，由于鋼在液態(tài)下吸收大量的氫，冷卻后又來不及析出，就聚集在晶體的缺陷處，造成很大的應(yīng)力，并與鋼發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)的局部內(nèi)應(yīng)力相結(jié)合，致使鋼材的韌性下降，產(chǎn)生“氫脆”。二、合金元素在鋼中的作用

合金元素在鋼中可以兩種形式存在：一是溶解于碳鋼原有的相中，另一種是形成某些碳鋼中所沒有的新相。在一般的合金化理論中，按與碳親合力的大小，可將合金元素分為碳化物形成元素與非碳化物形成元素兩大類。常用的合金元素有以下幾種：

非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；

碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。

此外，還有稀土元素，一般用符號(hào)Re表示。1．合金元素對(duì)鋼中基本相的影響

碳鋼中有三個(gè)基本相，即鐵素體、奧氏體和滲碳體。合金元素加入鋼中時(shí)，可以溶于此三相中形成合金鐵素體、合金奧氏體及合金滲碳體。

所有與碳親和力弱的非碳化物形成元素，如鎳、硅、鋁、鈷等，由于不能形成碳化物，除了極少數(shù)高合金鋼中可形成金屬間化合物外，幾乎都溶解在鐵素體或奧氏體中。碳化物形成元素中，有些元素（如Mn）與碳的親合力較弱，除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，大部分仍溶于鐵素體或奧氏體中。而與碳親和力較強(qiáng)的一些碳化物形成元素（如Cr、Mo、W等），當(dāng)其含量較少時(shí)，多半溶于滲碳體中，形成合金滲碳體；當(dāng)含量較高時(shí)，則可能形成新的特殊的合金碳化物。與碳親合力很強(qiáng)的碳化物形成元素（如Nb、Ti、Zr等），幾乎總是與碳形成特殊的碳化物。合金元素溶于鐵素體中，由于與鐵的晶格類型和原子半徑不同而造成晶格畸變；另外合金元素易分布于位錯(cuò)線附近，對(duì)位錯(cuò)線的移動(dòng)起牽制作用，降低位錯(cuò)的易動(dòng)性，從而提高塑變抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。

碳化物是鋼中的重要相之一，碳化物的類型、數(shù)量、大小、形狀及分布對(duì)鋼的性能有很重要的影響。合金滲碳體是滲碳體中一部分鐵被碳化物形成元素置換后所得到的產(chǎn)物，其晶體結(jié)構(gòu)與滲碳體相同，可表達(dá)為(Fe，Me)3C（Me代表合金元素）。滲碳體中溶入碳化物形成元素后，硬度有明顯增加，因而可提高鋼的耐磨性。同時(shí)它們?cè)诩訜釙r(shí)也較難溶于奧氏體中，因此熱處理時(shí)加熱溫度應(yīng)該高一些。當(dāng)鋼中合金元素含量超過一定限度時(shí)，可以生成一些碳鋼中沒有的新相。其中最重要的是由強(qiáng)碳化物形成元素生成的各種合金碳化物（如W2C、VC、TiC等）。它們?nèi)埸c(diǎn)高、硬度高，加熱時(shí)很難溶于奧氏體中，因此對(duì)鋼的機(jī)械性能及工藝性能有很大影響。2．合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響

合金元素對(duì)碳鋼中的相平衡關(guān)系有很大影響，加入合金元素后Fe-Fe3C相圖要發(fā)生變化。加入合金元素，可使α－Fe與γ－Fe存在范圍發(fā)生變化。按照對(duì)α－Fe或γ－Fe的作用，可將合金元素分為兩大類。

（1）擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素

擴(kuò)大奧氏體區(qū)域的元素有鎳、錳、碳、氮等，這些元素使A1和A3溫度降低，使S點(diǎn)、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，從而使奧氏體區(qū)域擴(kuò)大。其中與γ－Fe無限互溶的元素鎳或錳的含量較多時(shí)，可使鋼在室溫下以奧氏體單相存在而成為一種奧氏體鋼。如Ni%>9%的不銹鋼和Mn%>13%的ZGMn13耐磨鋼均屬奧氏體鋼。由于A1和A3溫度降低，就直接地影響熱處理加熱的溫度，所以錳鋼、鎳鋼的淬火溫度低于碳鋼，圖7-1是錳對(duì)奧氏體區(qū)的影響。同時(shí)由于S點(diǎn)的左移，使共析成分降低，與同樣含碳量的亞共析鋼相比，組織中的珠光體數(shù)量增加，而使鋼得到強(qiáng)化。由于E點(diǎn)的左移，又會(huì)使發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的含碳量降低，在C%較低時(shí)，使鋼具有萊氏體組織。如在高速鋼中，雖然含碳量只有0.7~0.8%,但是由于E點(diǎn)的左移,在鑄態(tài)下會(huì)得到萊氏體組織,成為萊氏體鋼。圖7-1錳對(duì)奧氏體區(qū)的影響

圖7-2鉻對(duì)奧氏體區(qū)的影響（2）縮小奧氏體區(qū)的元素

縮小奧氏體區(qū)的元素有鉻、鉬、硅、鎢等，使A1和A3溫度升高，使S點(diǎn)、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)，從而使奧氏體區(qū)域縮小。由于A1和A3溫度升高了，這類鋼的淬火溫度也相應(yīng)地提高了。圖7-2表示鉻對(duì)奧氏體區(qū)域位置的影響。當(dāng)加入的元素超過一定含量后，則奧氏體可能完全消失，此時(shí)，鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大溫度范圍內(nèi)獲得單相鐵素體，通常稱之為鐵素體鋼。如含17%～28%Cr的Cr17、Cr25、Cr28不銹鋼就是鐵素體不銹鋼。3．合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響

合金鋼一般都是經(jīng)過熱處理后使用的，主要是通過改變鋼在熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變來顯示合金元素的作用的。合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響主要表現(xiàn)在對(duì)加熱、冷卻和回火過程中的相變等方面。

（1）合金元素對(duì)加熱轉(zhuǎn)變的影響

鋼在加熱時(shí)，奧氏體化過程包括晶核的形成和長大，碳化物的分解和溶解，以及奧氏體成分的均勻化等過程。整個(gè)過程的進(jìn)行，與碳、合金元素的擴(kuò)散以及碳化物的穩(wěn)定程度有關(guān)。合金元素對(duì)奧氏體化過程的影響體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

a）大多數(shù)合金元素（除鎳、鈷以外）都減緩鋼的奧氏體化過程。含有碳化物形成元素的鋼，由于碳化物不易分解，使奧氏體化過程大大減緩。因此，合金鋼在熱處理時(shí)，要相應(yīng)地提高加熱溫度或沿長保溫時(shí)間，才能保證奧氏體化過程的充分進(jìn)行。

b）幾乎所有的合金元素（除錳以外）都能阻止奧氏體晶粒的長大，細(xì)化晶粒。尤其是碳化物形成元素鈦、礬、鉬、鎢、鈮、鋯等，在元素周期表中，這些元素都位于鐵的左側(cè)，越遠(yuǎn)離鐵，越易形成比鐵的碳化物更穩(wěn)定的碳化物，如TiC、VC、MoC等，這些碳化物在加熱時(shí)很難溶解，能強(qiáng)烈地阻礙奧氏體晶粒的長大。此外，一些晶粒細(xì)化劑如AlN等在鋼中可形成彌散質(zhì)點(diǎn)分布于奧氏體晶界上，阻止奧氏體晶粒的長大，細(xì)化晶粒。所以，與相應(yīng)的碳鋼相比，在同樣加熱條件下，合金鋼的組織較細(xì)，機(jī)械性能更高。（2）合金元素對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變的影響

a）大多數(shù)合金元素（除鈷以外），都能提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線位置右移，臨界冷卻速度減小，從而提高鋼的淬透性。所以對(duì)于合金鋼就可以采用冷卻能力較低的淬火劑淬火，如采用油淬，以減小零件的淬火變形和開裂傾向。

合金元素對(duì)鋼的淬透性的影響，由強(qiáng)到弱可以排列成下列次序：鉬、錳、鎢、鉻、鎳、硅、礬。通過復(fù)合元素，采用多元少量的合金化原則，對(duì)提高鋼的淬透性會(huì)更有效。圖7-3合金元素對(duì)C曲線的影響

（a）非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素

（b）強(qiáng)碳化物形成元素

對(duì)于非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如鎳、錳、硅等，會(huì)使C曲線右移，如圖7-3（a）所示。而對(duì)中強(qiáng)和強(qiáng)碳化物形成元素，如鉻、鎢、鉬、礬等，溶于奧氏體后，不僅使C曲線右移，提高鋼的淬透性，而且能改變C曲線的形狀，把珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變明顯地分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，如圖7-3（b）所示。

b）除鈷、鋁外，多數(shù)合金元素溶入奧氏體后，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms和Mf點(diǎn)下降，鋼的Ms點(diǎn)越低，Ms點(diǎn)至室溫的溫度間隔就越小，在相同冷卻條件下轉(zhuǎn)變成馬氏體的量越少。因此，凡是降低Ms點(diǎn)的元素都使淬火后鋼中殘余奧氏體含量增加。而鋼的殘余奧氏體量的多少，對(duì)鋼的硬度、尺寸穩(wěn)定性、淬火變形均有較大影響。

（3）合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響

a）對(duì)淬火鋼回火穩(wěn)定性的影響。淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性。由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程，使回火的硬度降低過程變緩，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高，若要求得到同樣的回火硬度時(shí)，則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼來的高，回火的時(shí)間也長，內(nèi)應(yīng)力消除得好，鋼的塑性和韌性指標(biāo)就高。所以，當(dāng)回火溫度相同時(shí)，合金鋼的強(qiáng)度、硬度就比碳鋼高。b）一些碳化物形成元素如鉻、鎢、鉬、釩等，在回火過程中有二次硬化作用。例如高速鋼在560℃回火時(shí)，又析出了新的更細(xì)的特殊碳化物，發(fā)揮了第二相的彌散強(qiáng)化作用，使硬度又進(jìn)一步提高。這種二次硬化現(xiàn)象在合金工具鋼中是很有價(jià)值的。

c）含鉻、鎳、錳、硅等元素的合金結(jié)構(gòu)鋼，在450～600℃范圍內(nèi)長期保溫或回火后緩冷均出現(xiàn)高溫回火脆性。這是因?yàn)楹辖鹪卮龠M(jìn)了銻、錫、磷等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上的偏聚和析出，削弱了晶界聯(lián)系，降低了晶界強(qiáng)度而造成的。因此，對(duì)這類鋼應(yīng)該在回火后采用快冷的工藝，以防止高溫回火脆性的產(chǎn)生。4．合金元素對(duì)鋼的機(jī)械和工藝性能的影響

加入合金元素的目的是使鋼具有更優(yōu)異的性能，所以合金元素對(duì)性能的影響是我們最關(guān)心的問題。合金元素主要通過對(duì)組織的影響而對(duì)性能起作用，因此必須根據(jù)合金元素對(duì)相平衡和相變影響的規(guī)律來掌握其對(duì)機(jī)械性能的影響。（1）合金元素對(duì)強(qiáng)度的影響

強(qiáng)度是金屬材料最重要的性能指標(biāo)之一，使金屬材料的強(qiáng)度提高的過程稱為強(qiáng)化。強(qiáng)化是研制結(jié)構(gòu)材料的主要目的。金屬的強(qiáng)度一般是指金屬對(duì)塑性變形的抗力。金屬強(qiáng)化一般有以下幾種方式：

a）固溶強(qiáng)化。溶質(zhì)原子由于與基體原子的大小不同，因而使基體晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。此應(yīng)力場(chǎng)增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，產(chǎn)生強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的強(qiáng)化量與溶質(zhì)的濃度有關(guān)，在達(dá)到極限溶解度之前，溶質(zhì)濃度越大，強(qiáng)化效果越好。

一般而言，間隙固溶強(qiáng)化效果比置換固溶強(qiáng)化的效果要強(qiáng)烈得多，其強(qiáng)化作用甚至可差1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。但是，固溶強(qiáng)化是以犧牲塑性和韌性為代價(jià)的，固溶強(qiáng)化效果越好，塑性和韌性下降越多。

b）細(xì)晶強(qiáng)化。晶界或其它界面可以有效地阻止位錯(cuò)通過，因而可以使金屬強(qiáng)化。晶界強(qiáng)化的強(qiáng)化量與晶界的數(shù)量，即晶粒的大小有密切的關(guān)系。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界面積越大，則強(qiáng)化量越大。

許多碳化物形成元素（如釩、鈦、鈮）由于其容易與碳形成熔點(diǎn)非常高的碳化物，可以阻礙晶粒的長大，所以具有細(xì)化晶粒的作用。

晶粒細(xì)化是一種非常有效的強(qiáng)化手段，當(dāng)晶粒細(xì)化達(dá)到d<5以后，得到所謂的超細(xì)晶粒，這時(shí)純鐵或軟鋼的屈服強(qiáng)度可以達(dá)到400～600MPa，接近于中強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度。晶粒細(xì)化不僅可以提高強(qiáng)度，而且可以改善鋼的韌性，這是其它強(qiáng)化方式難以達(dá)到的。因此細(xì)晶化，特別是超細(xì)晶化，是目前正在大力發(fā)展的重要強(qiáng)化手段。c）彌散強(qiáng)化。合金元素加入到金屬中，在一定的條件下會(huì)析出第二相粒子。而這些第二相粒子可以有效地阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)碰到位于滑移面上的第二相粒子時(shí)，必須通過它，滑移變形才能繼續(xù)進(jìn)行。這一過程需要消耗額外的能量，或者需要提高外加應(yīng)力，這就造成了強(qiáng)化。

必須指出，只有當(dāng)粒子很小時(shí)，第二相粒子才能起到明顯的強(qiáng)化作用，如果粒子太大，則強(qiáng)化效應(yīng)將微不足道。因此，第二相粒子應(yīng)該細(xì)小而分散，即要求有高的彌散度。粒子越細(xì)小，彌散度越高，則強(qiáng)化效果越好。（2）合金元素對(duì)塑性和韌性的影響

除了極少數(shù)幾個(gè)置換式合金元素外，所有的合金元素都會(huì)降低鋼材的塑性和韌性，使鋼脆化。一般而言，除了細(xì)晶強(qiáng)化能同時(shí)提高強(qiáng)度和塑韌性外，所有的強(qiáng)化方式都會(huì)降低塑性和韌性。在這些強(qiáng)化方式中，危害最大的是間隙固溶強(qiáng)化，因此，間隙固溶強(qiáng)化盡管能顯著提高強(qiáng)度，也不能作為一種實(shí)用的基本強(qiáng)化機(jī)制。而淬火馬氏體必須回火，也是為了減輕間隙固溶強(qiáng)化對(duì)塑性和韌性的影響。冷變形強(qiáng)化也會(huì)降低塑性和韌性，所以，對(duì)于大多數(shù)鋼來說，冷變形強(qiáng)化只能作為一種輔助的強(qiáng)化方式。相對(duì)而言，析出強(qiáng)化（即第二相強(qiáng)化）的脆化作用最小，因此它是應(yīng)用最廣泛的強(qiáng)化方法之一。（3）合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響

合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響，同樣是一個(gè)重要問題。材料沒有良好的工藝性能，在實(shí)際中很難獲得廣泛的應(yīng)用。

合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a）合金元素對(duì)鑄造性能的影響

鑄造性能主要與鋼的固相線與液相線溫度的高低和它們之間的溫度差（結(jié)晶區(qū)間）有關(guān)。固、液相線溫度越低，結(jié)晶溫度區(qū)間越窄，則鑄造性能越好。因此，合金元素對(duì)鑄造性能的影響，主要體現(xiàn)在其對(duì)相圖的影響。一般共晶成分合金的鑄造性能最好，由于鋼的成分離共晶點(diǎn)很遠(yuǎn)，所以鑄造性能不好。加入高熔點(diǎn)的合金元素后，液態(tài)金屬粘度增大，鑄造性能下降。

b）合金元素對(duì)鍛造性能的影響

金屬的鍛造性能主要取決于熱加工時(shí)的變形抗力、熱加工溫度范圍的大小、抗氧化能力及氧化皮的性質(zhì)等因素。由于合金元素的影響，許多合金鋼，特別是含有大量碳化物的合金鋼與普通碳鋼相比，高溫強(qiáng)度很高，熱塑性明顯下降，鍛造時(shí)容易鍛裂。由于合金元素使鋼的導(dǎo)熱性能下降，所以鍛造加熱必須緩慢，以免造成熱應(yīng)力。所以，與普通碳鋼相比，合金鋼的鍛造性能明顯下降。c）合金元素對(duì)焊接性能的影響

在鋼的焊接性能中，最重要的是鋼的焊后開裂的敏感性和焊接區(qū)的硬度。通常用“碳當(dāng)量”來表示成分對(duì)焊接性能的影響。對(duì)鋼而言，含碳量是影響其焊接性能的最重要的因素，含碳量越低，焊接性能越好。在相同的含碳量下，合金元素的含量越高，則焊接性能越差。d）合金元素對(duì)切削性能的影響

由于許多合金鋼含有大量硬而脆的碳化物，所以其切削加工性能比普通碳鋼差。而有些合金鋼的加工硬化能力很強(qiáng)，其切削加工性能也是很差的。

為了提高鋼的切削加工性能，可以在鋼中加入一些改善切削性能的合金元素，得到所謂易切削鋼。最常用的元素是硫，在易切削鋼中，硫含量可高達(dá)0.08～0.2%。易切削鋼不但使工具壽命延長，動(dòng)力消耗減少，表面光潔度提高，而且斷屑性好，因此廣泛用于自動(dòng)車床上的高速切削，這對(duì)于大批生產(chǎn)的一般零件是很有利的。第三節(jié)我國的鋼材編號(hào)為了管理和使用的方便，每一種合金鋼都應(yīng)該有一個(gè)簡(jiǎn)明的編號(hào)。世界各國鋼的編號(hào)方法不一樣。鋼編號(hào)的原則主要有兩條：

（1）根據(jù)編號(hào)可以大致看出該鋼的成分。

（2）根據(jù)編號(hào)可大致看出該鋼的用途。

我國的鋼材編號(hào)是采用國際化學(xué)元素符號(hào)和漢語拼音字母并用的原則。即鋼號(hào)中的化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素符號(hào)表示。如Si、Mn、Cr、W、……等。其中只有稀土元素，由于其含量不多，種類不少，不易一一分析出來，因此用“Re”表示其總含量。而產(chǎn)品名稱、用途和澆鑄方法等則采用漢語拼音字母表示。具體的編號(hào)方法如下

一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以“Q＋數(shù)字＋字母＋字母”表示。其中，“Q”字是鋼材的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語拼音字首，緊跟后面的是屈服強(qiáng)度值，再其后分別是質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法。例如：Q235AF即表示屈服強(qiáng)度值為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。

牌號(hào)中規(guī)定了A、B、C、D四種質(zhì)量等級(jí)，A級(jí)質(zhì)量最差，D級(jí)質(zhì)量最好。

按脫氧制度，沸騰鋼在鋼號(hào)后加“F”，半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“b”，鎮(zhèn)靜鋼則不加任何字母。二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)的方法是相同的，都是以“兩位數(shù)字＋元素＋數(shù)字＋…”的方法表示。鋼號(hào)的前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾，沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在鋼號(hào)后特別標(biāo)出。合金元素以化學(xué)元素符號(hào)表示，合金元素后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般以百分之幾表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%時(shí)，鋼號(hào)中一般只標(biāo)明元素符號(hào)而不標(biāo)明其含量。如果平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%、……時(shí),則相應(yīng)地在元素符號(hào)后面標(biāo)以2、3、4……。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”。鋼中的V、Ti、Al、B、RE等合金元素，雖然它們的含量很低，但在鋼中能起相當(dāng)重要的作用，故仍應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出。如45鋼表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；20CrMnTi表示平均含碳量為0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量Ti的合金結(jié)構(gòu)鋼；60Si2Mn表示平均含碳量為0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量為1.5~2.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。三、碳素工具鋼

碳素工具鋼的牌號(hào)以“T＋數(shù)字＋字母”表示。鋼號(hào)前面的“碳”或“T”表示碳素工具鋼，其后的數(shù)字表示含碳量的千分之幾。如平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼，其鋼號(hào)為“碳8